混合制冷剂水平管内沸腾换热计算方法的回顾和评价

1、    混合制冷剂水平管内沸腾换热计算方法的回顾和评价            作者：姜盈霓时间：2007-11-24 15:13:00                     摘要： 本文对混合制冷剂水平管内局部沸腾换热系数的计算方法及计算

2、公式进行了分析比较，筛选出了与实验数据吻合较好的计算公式。比较结果表明，陈民公式对预测混合制冷剂管内局部沸腾换热系数准确度较好。 关键词： 局部沸腾换热系数 混合制冷剂 水平管 混合制冷剂沸腾和纯质制冷剂沸腾有显著不同，影响因素有组分对核化的影响，物性随组分的显著变化，以及气液变换和蒸发机制的阻力等。一般情况下，混合物的沸腾换热系数低于有相同物性的纯质的沸腾换热系数。本文对混合制冷剂水平管内沸腾换热计算方法做了一个回顾，并利用从文献中收集到的实验数据对各计算方法做了一个比较，筛选出与实验数据吻合良好的计算方法及计算公式。1 混合物管内流动沸腾换热系数计算方法混合工质水平管内流动沸腾换

3、热的关系式有两类：分流型按机理导出的半经验关系式和不分流型的纯经验拟合式。1.1分流型的半经验关系式混合工质管内流动沸腾可以粗略地分为饱和核态沸腾区和两相受迫对流区。对于饱和核态沸腾区，stephan和Kerner1建议按下式，对池沸腾进行修正而得出沸腾换热系数：（1）其中：分别为液相和气相中易挥发组分的摩尔成分；分别为相同热流密度下纯组分和的池内核沸腾换热系数；为由Chen引入的抑制因子。其中为系统压力（bar）为由特定的二元系统所决定的一个常数，参见文献1的表720。对于两相受迫对流区，Bell-Ghaley法的模型是以膜理论为基础建立起来的，其经过简单处理后的按机理导出的半经验关系式为：

4、（2）（总热阻）（液膜热阻）（气膜热阻）其中：为沸腾侧局部总换热系数；为液膜的换热系数；为气相显热换热系数，为气相雷诺数，为气相普朗特数，为气相导热系数，为管径；为气相显热通量；为总热通量。Bell-Ghaley将用表示，的表示式如下：其中： 为混合工质的干度，为其温度，为其焓，为其气相定压比热。文献1没有给出区分流型的判据，本文按文献10的判据进行区分。即上面两个换热区的分界，视质量流速与热流密度的关系确定。当时，按饱和核态沸腾换热（公式（1）计算，当时，应按两相受迫对流换热（公式（2）计算。其中，的意义见文献10。1.2不区分流型的经验关系式针对混合工质管内流动沸腾所提出的换热系数计算式非

5、常少。这里，我们只提及几个适用范围较宽的关联式。Jung2等人在原来发展起来的用于纯工质管内流动沸腾换热的经验公式的基础上，采用了提出的考虑池沸腾换热中混和效应的方法，引进了一个修正核态沸腾混和效应的因子和一个修正强制对流蒸发项传质阻力的因子，具体形式是： （3） 其中， 和为按Stephan-Abdelsalam公式计算的纯组分池沸腾换热系数，即：；为接触角，等于35°、为混合工质中易挥发组分的液、气相摩尔浓度，为易挥发组分的临界压力。 1991年，Kandlikar3也将他先前提出的用于纯工质管内沸腾换热计算的公式推广到二元混合物范围。增加考虑的因素包括液相传质对核态沸腾的影响，

6、以及气相浓度和混合工质物性带来的影响，公式的具体形式为：（4）当时当时 其中；其中 当 或者为竖管时为流体依赖因子，需根据实验数据确定。、为混合工质中易挥发组分的液、气相摩尔浓度。陈民9 1997年利用自己实验获得的R32/R134a混合工质管内沸腾换热系数的实验数据拟合出一个新的关系式（以下简称陈民公式）：（5）其中 、为混合工质中易挥发组分的液、气相摩尔浓度，为液体普朗特数；为易挥发组分的临界压力，所有的物性用混合工质的物性值。2 计算结果与分析作者利用从文献中收集到的R22/R114、R32/R134a等常用混合制冷剂在多种浓度配比下的实验数据与上述各关系式的计算结果进行了比较。结果显示

7、，分流型法计算得的沸腾换热系数数值与实验值的比较后的绝对平均偏差为51%。 Kandlikar公式因含有流体依赖因子而使其使用有很大的局限性，这是Kandlikar公式的一个弱点。另外Kandlikar公式中有些系数如的计算很烦琐，本文不做比较。Jung公式的计算值与实验结果相比主要表现为正偏差。Jung公式与实验结果之间的绝对平均偏差为31%。本论文做了R22/R114局部沸腾换热系数数据与陈民公式计算值的比较，陈民公式与实验结果之间的绝对平均偏差为23%。陈民在其论文中，做了Jung公式、陈民公式的计算值与其实验得到的2098个R32/R134a混合工质的管内局部沸腾换热系数的对比，它们的

8、计算值与实验值之间的绝对平均偏差分别为33.4%，24.7%。再综合本论文做的比较，可见对于R22/R114、R32/R134a的管内沸腾换热系数的计算，陈民公式的计算精度要高一些。但总的来说，Jung公式具有比较清晰的物理意义，准确度也还可以接受。3 小结目前的分流型按机理导出的管内混合物流动沸腾换热系数的半经验关系式预测精度还不理想，不适于工程应用。对不区分流型的Jung公式和陈民公式而言，陈民公式的计算精度要高一些。由于混合工质沸腾换热系数的实验比较缺乏，其关系式还有待于进一步研究。参考文献1 德施林徳尔编，换热器设计手册（第二卷），机械工业出版社，1988.2 Jung et al.,

9、Prediction of evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of refrigerant mixtures, Int. J. Refrig., 1993, vol.16, No.5, PP. 330-339.3 Kandlikar,Boiling heat transfer with binary mixtures :Part 2-Flow boiling in plain tubes,Transactions of the ASME,MAY 1998,vol.120,PP388-3944 Stephan,Two-

10、phase heat exchange for new refrigerants and their mixtures, Int. J. Refrig., 1996, vol.19, No.7, PP. 435-457.5 Shi-Ping Wang and John c.Chato,Review of recent research on heat transfer with mixtures-part 2:Boiling and Evaporation, ASHRAE Trans. 1995 vol. 101, part 1, PP.1387-1400.6 Gian Piero Celata et al.,Forced convective boiling